一级减速器(开式齿轮传动)

1、一级圆柱齿轮减速器设计说明书一、传动方案拟定.3二、电动机的选择.4三、确定传动装置总传动比及分配各级的传动比.6四、传动装置的运动和动力设计.7五、齿轮传动的设计.15六、传动轴的设计.18七、箱体的设计.27八、键连接的设计29九、滚动轴承的设计31十、润滑和密封的设计32十一、联轴器的设计33十二、设计小结.33计算过程及计算说明一、传动方案拟定设计单级圆柱齿轮减速器、工作条件：输送带常温下连续工作，空载起动，工作载荷平稳，使用期限5年，两班制工作，输送带速度容许误差为±5%，环境清洁。、原始数据：输送带有效拉力F=6500N；带速V=0.8m/s；滚筒直径D=335mm；方案

2、拟定：采用开始齿轮传动与减速齿轮的组合，即可满足传动比要求；同时由于带传动具有良好的缓冲、吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。二、电动机选择1、电动机类型和结构的选择：选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。 2、电动机容量选择：电动机所需工作功率为：式（1）：da(KW) 由式(2)：V/1000(KW)因此Pd=FV/1000a(KW)由电动机至运输带的传动总效率为：总=×××××5式

3、中：1、2、3、4、5分别为开式齿轮传动、轴承、圆柱齿轮传动、联轴器和滚筒的传动效率。取=0.98（开式齿轮传动），0.98，0.98,0.99（弹性联轴器），5=0.96(卷筒)。则： 总=0.98×0.98×0.98×0.98×0.99×0.97=0.886所以：电机所需的工作功率：Pd= FV/1000总=(6500×0.8)/(1000×0.886)=5.87(KW)3、确定电动机转速卷筒工作转速为：n卷筒60×1000·V/（·D）=(60×1000×0.8)/（3

4、35·） =45.63（r/min）根据机械设计基础课程设计指导书上推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I=3，取开式齿轮传动比I1= 。则总传动比理论范围为：I a。故电动机转速的可选范围为:N d=a×n卷筒=(624)×45.63=2741095(r/min)则符合这一范围的转速有：720、1000 r/min)，根据容量和转速，由指导书附表9-1查出两种适用的电动机型号（制表如下）:方案电 动机 型号额定功率电动机转速(r/min)电动机重量kg传动装置传动比同步转速满载转速总传动比开式齿轮传动减速器1Y160L-8-7.5750720

5、14015.7743.92Y160M-67.5100097011621.245.3综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格以及带传动、减速器传动比，我们选择第一种方案。此选定电动机型号为Y160L-8，其主要性能：电动机主要外形和安装尺寸：中心高H外形尺寸L×(AC/2+AD)×HD底角安装尺寸 A×B地脚螺栓孔直径 K轴 伸 尺 寸D×E装键部位尺寸 F×GD160605×382.5×315254×2101542×11012×45三、确定传动装置的总传动比和分配各级传动比：由选定的电动机满载

6、转速nm和工作机主动轴转速n1、可得传动装置总传动比为：I a =nm/n=nm/n卷筒=720/45.63=15.772、分配各级传动装置传动比：总传动比等于各级传动比的乘积，I a =i0×i1 （式中i0、i1分别为带传动和减速器的传动比） 为使带传动的尺寸不至过大，满足齿轮传动的传动比大于带传动的传动比要求，取i0=4（普通开式齿轮i0=24），因为: I a =i0×i1所以: i1I ai015.77/43.94四、传动装置的运动和动力设计：将传动装置各轴由高速至低速依次定为轴，轴，其中：i0,i1为相邻两轴间的传动比；01，12为相邻两轴的传递效率；P，P为各

7、轴的输入功率（KW）；P，P 为各轴的输出功率（KW）；T，T为各轴的输入转矩（N·m）；T，T 为各轴的输出转矩（N·m）；n,n为各轴的转速（r/min）。可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数:1、运动参数及动力参数的计算:（1）计算各轴的转数： 轴：n=nm=720（r/min）轴：n= n/ i1 =720/3.94=182.7(r/min)卷筒轴：n= n/ i2=182.7/4=45.63(r/min)（2）计算各轴的功率：轴： P=Pd×01 =Pd×1=5.87×0.98=5.75（KW）轴： P= P&

8、#215;12= P×2×3=5.75×0.98×0.98=5.52（KW）卷筒轴: P= P·23= P·3·4=5.52×0.98×0.99×0.98=5.25（KW）计算各轴的输入转矩：因为电动机轴输出转矩为：Td=9550·Pd/nm=9550×5.87/720=77.8（N·m）轴： T= Td·01= Td·1=77.8×0.98×0.98=74.7（N·m） 轴： T= T·i1·1

9、2= T·i1·2·3=74.7×3.94×0.98×0.98×0.98=277（N·m）卷筒轴：T = T·23= T·3·4=277×4×0.98×0.98×0.98×0.98=1022（N·m）计算各轴的输出功率：由于轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：所以：P=P×=5.75×0.98=5.63（KW）P= P×=5.52×0.98=5.4（KW）P= P×=5.2

10、5×0.98×0.99=5.09(KW)计算各轴的输出转矩：由于轴的输出转矩分别为输入转矩乘以轴承效率：所以：T= T×=74.7×0.98=73.2（N·m）T = T×=277×0.98=271.4(N·m)T = T×=1022×0.98×0.99=991.5 (N·m)由机械零件表1得到：1=0.982=0.983=0.984=0.99i0为带传动传动比i1为减速器传动比滚动轴承的效率在本设计中取0.98。综合以上数据，得表如下:轴名效率P （KW）转矩T （N

11、83;m）转速nr/min传动比i效率输入输出输入输出电动机轴5.8777.87203.940.98轴5.755.6374.773.27201.000.96轴5.525.4277271.4182.74.000.97卷筒轴5.255.091022991.545.63五、齿轮传动的设计：(1)、选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。小齿轮选硬齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为45号钢调质，齿面硬度为250HBS，大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为200HBS。齿轮精度初选8级(2)、初选主要参数 Z1=20 ，u=3.94 Z2=Z1·u=20×3.94=78.85

12、取a=0.3，则d=0.3·（i+1）·=1.48（3）按齿面接触疲劳强度计算 计算小齿轮分度圆直径 d1 确定各参数值 载荷系数 查机械零件表6-6 取K=1.0 小齿轮名义转矩T1=9.55×106×P/n1=9.55×106×5.75/720 =0.747×105 N·mm 材料弹性影响系数 由机械零件表6-7 ZE=189.8 区域系数 ZH=2.5 重合度系数t=1.88-3.2·（1/Z1+1/Z2） =1.88-3.2×（1/20+1/79）=1.68 Z= 许用应力 查机械零件图

13、6-21（a） 查表6-8 按一般可靠要求取SH=1.25 则 取两式计算中的较小值，即H=256Mpa于是 d1 = =72.2mm (4)确定模数 m=d1/Z172.2/20=3.6 取标准模数值 m=3.5(5) 按齿根弯曲疲劳强度校核计算 校核式中 小轮分度圆直径d1=m·Z=3.5×20=70mm齿轮啮合宽度b=d·d1 =1.48×70=103.6mm复合齿轮系数 YFS1=4.38 YFS2=3.95重合度系数Y=0.25+0.75/t =0.25+0.75/1.72=0.686许用应力机械零件查图6-22（a） Flim1=460MPa

14、 Flim2=320Mpa 查表6-8 ，取SF=1.25 则 计算大小齿轮的并进行比较 <取较大值代入公式进行计算 则有=54.6<F2故满足齿根弯曲疲劳强度要求（6） 几何尺寸计算 (1)分度圆直径d1d1=mn*z1/cos()=3.5*20/0.984401=71.11mm (2)分度圆直径d2d2=mn*z2/cos()=3.5*79/0.984401=280.88mm (3)齿顶高ha1ha1=han'*mn=1*3.5=3.5mm (4)齿顶高ha2ha2=han'*mn=1*3.5=3.5mm (5)齿根高hf1hf1=(han'+cn

15、9;)*mn=(1+0.2)*3.5=4.2mm (6)齿根高hf2hf2=(han'+cn')*mn=(1+0.2)*3.5=4.2mm (7)齿高h1h1=ha1+hf1=3.5+4.2=7.7mm (8)齿高h2h2=ha2+hf2=3.5+4.2=7.7mm (9)齿顶圆直径da1da1=d1+2*ha1=71.1092+2*3.5=78.11mm (10)齿顶圆直径da2da2=d2+2*ha2=280.881+2*3.5=287.88mm (11)齿根圆直径df1df1=d1-2*hf1=71.1092-2*4.2=62.71mm (12)齿根圆直径df2df2=d

16、2-2*hf2=280.881-2*4.2=272.48mm 端面齿形角 t=atan(tan(n)/cos()=atan(0.369738/0.984401)=20.29° (13)中心距 a=mn*(z1+z2)/2/cos()=3.5*(99)/2/0.984401=176mm (14)基圆直径db1db1=d1*cos(t)=71.1092*0.937942=66.7mm (15)基圆直径db2db2=d2*cos(t)=280.881*0.937942=263.45mm (16)齿顶圆压力角at1=arcos(db1/da1)=arcos(66.6963/78.1092)=

17、31.36° (17)齿顶圆压力角at2=arcos(db2/da2)=arcos(263.45/287.881)=23.78° (18)端面重合度=1/2/*(z1*(tan(at1)-tan(t)+z2*(tan(at2)-tan(t) =1/2/*(20*(0.609521-0.369738)+79*(0.440533-0.369738)=1.65 (19)纵向重合度=b*sin()/mn=103*0.175939/3.5=1.65 (20)总重合度=+=1.6481+1.65337=3.3 (21)端面分度圆压力角tt=atan(tan(n)/cos()=atan(

18、0.369738/0.984401)=20.29° (22)当量齿数Zv1Zv1=z1/cos()3=20/0.9844013=20.97 (23)当量齿数Zv2Zv2=z2/cos()3=79/0.9844013=82.82（7）验算初选精度等级是否合适齿轮圆周速度 v=·d1·n1/（60×1000） =3.14×70×720/（60×1000） =2.7m/s对照表6-5可知选择8级精度合适。六 轴的设计1， 齿轮轴的设计 (1) 确定轴上零件的定位和固定方式 （如图） 1，5滚动轴承 2轴 3齿轮轴的轮齿段 4套筒

19、6密封盖 7轴端挡圈 8轴承端盖 9带轮 10键(2)按扭转强度估算轴的直径选用45#调质，硬度217255HBS轴的输出功率为P=5.75KW 转速为n=720 r/min根据机械零件P205（13-2）式，并查表13-2，取c=110d(3)确定轴各段直径和长度 从电机联轴器出来开始右起第一段，由于轴通过键联接，则轴应该增加5%，取D1=25mm，由于此段是连接联轴器的，根据联轴器的内孔长度 取第一段长度L1=44mm右起第二段，该段装有密封圈，并且装有轴承端盖，那么该段的直径为D2=30mm，长度为L2=50mm右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，

20、选用6207型轴承，其尺寸为d×D×B=35×72×17，那么该段的直径为D3=35mm，长度为L3=17mm右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D4=40mm，长度取L4= 26mm 右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为78mm，分度圆直径为70mm，齿轮的宽度为108mm，长度为L5=108mm右起第六段，该段为滚动轴承定位轴肩，取轴径为D6=45mm，长度L6=24mm右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D7=35mm，长度L7=22mm (4)求齿轮上作用力的大小、方向 小齿轮分度圆直径：d1

21、=70mm作用在齿轮上的转矩为：T1 =0.747×105 N·mm 求圆周力：FtFt=2T2/d1=2×0.747×105/70=2134N 求径向力FrFr=Ft·tan=2134×tan200=776.7N （5）轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。 水平面的支反力：RA=RB=Ft/2 =1067 N 垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0那么RA=RB =Fr×54/120=349.5N（6）画弯矩图 右起第四段剖面C处的弯矩： 水平面的弯矩：MC=PA×

22、54=57.6Nm 垂直面的弯矩：MC1= MC2=RA×54=18.8Nm 合成弯矩： （7）画转矩图： T= Ft×d1/2=42.6 Nm （8）画当量弯矩图 因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 可得右起第四段剖面C处的当量弯矩： （9）判断危险截面并验算强度右起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。已知MeC2=57.8Nm ,由机械零件表13-1有:-1=60Mpa 则：e= MeC2/W= MeC2/(0.1·D43)=57.8×1000/(0.1×703)=6.2 Nm<-1右起第

23、一段D处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面： e= MD/W= MD/(0.1·D13)=25.6×1000/(0.1×703)=26.6 Nm<-1 所以确定的尺寸是安全的 。P的值为前面第10页中给出在前面带轮的计算中已经得到Z=2其余的数据手册得到D1=20mmL1=65mmD2=25mmL2=45mmD3=30mmL3=22mmD4=40mmL4=7mmD5=50.94mmL5=85mmD6=40mmL6= 7mmD7=30mmL7=28mmFt=1290NFr=469.5NRA=RB=645NmRA=RB=211.3 NMC=34.83Nm

24、MC1= MC2=11.4NmMC1=MC2=60.6NmT=42.6Nm=0.6MeC2=57.8Nm-1=60MpaMD=25.6Nm 2、 输出轴的设计计算(1) 确定轴上零件的定位和固定方式 （如图） 1，5滚动轴承 2轴 3齿轮 4套筒 6密封盖 7键 8轴承端盖 9轴端挡圈 10半联轴器 (2)按扭转强度估算轴的直径 选用45#调质，硬度217255HBS轴的输出功率为P=5.52KW 转速为n=182.7 r/min根据课本P205（13-2）式，并查表13-2，取c=110d (3)确定轴各段直径和长度从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取38m

25、m，根据计算转矩TC=KA×T=1.2×277=332.4Nm，查标准GB/T 50142003，选用LXZ2型弹性柱销联轴器，半联轴器长度为l1=60mm,轴段长L1=60mm右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径取45mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面的距离为15mm，故取该段长为L2=50mm右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6210型轴承，其尺寸为d×D×B=50×90×20，那么该段的直径为50mm，长度为L3=49右起

26、第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加5%，大齿轮的分度圆直径为280.9mm，则第四段的直径取60mm,齿轮宽为b=103mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为L4=100mm右起第五段，考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩，取轴肩的直径为D5=75mm ,长度取L5=10mm右起第六段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D6=50mm，长度L6=35mm(4)求齿轮上作用力的大小、方向 大齿轮分度圆直径：d1=280.9mm作用在齿轮上的转矩为：T2 =2.77×105N·mm 求圆周力：FtFt=2T2/d2=2×2.77×105/280.

27、9=1251.5N 求径向力FrFr=Ft·tan=1251.5×tan200=455.5N （5）轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。 水平面的支反力：RA=RB=Ft/2 = 625.75N 垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0那么RA=RB =Fr×62/128= 220.6 N（6）画弯矩图 右起第四段剖面C处的弯矩： 水平面的弯矩：MC=RA×62= 38.8 Nm 垂直面的弯矩：MC1= MC2=RA×62=13.7 Nm 合成弯矩： （7）画转矩图： T= Ft×d1/2

28、=21.46 Nm （8）画当量弯矩图 因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 可得右起第四段剖面C处的当量弯矩： （9）判断危险截面并验算强度右起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。已知MeC2=42.3Nm ,由表13-1有:-1=60Mpa 则：e= MeC2/W= MeC2/(0.1·D43)=42.3×1000/(0.1×453)=4.6Nm<-1右起第一段D处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面： e= MD/W= MD/(0.1·D13)=12.8×1000/(0.1×

29、;303)=4.74 Nm<-1 所以确定的尺寸是安全的 。 D1=38mmL1=60mmD2=45mmL2=50mmD3=50mmL3=49mmD4=60mmL4=100mmD5=75mmL5=10mmD6=50mmL6=35mmFt=1251.5NmFr=455.5NmRA=RB=625.75NmRA=RB=220.6NMC=38.8NmMC1= MC2=13.7NmMC1=MC2=41.15NmT=21.46Nm=0.6MeC2=42.3Nm-1=60MpaMD=12.8Nm七箱体结构设计(1) 窥视孔和窥视孔盖在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔，以便检查齿面接触斑点和赤

30、侧间隙，了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板，以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。(2) 放油螺塞减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞赌注。(3)油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。油标有各种结构类型，有的已定为国家标准件。(4)通气器减速器运转时，由于摩擦发热，使机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内热涨气自由逸出，达到集体内外气压相等，提高机体有缝隙处的密封性能。(5)启盖螺钉机盖与机座结合面上常涂有水玻璃或密封胶，联结后结合较紧，不易分开。为便于取盖，在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉，

31、在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。在轴承端盖上也可以安装启盖螺钉，便于拆卸端盖。对于需作轴向调整的套环，如装上二个启盖螺钉，将便于调整。(6)定位销 为了保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联结后，镗孔之前装上两个定位销，孔位置尽量远些。如机体结构是对的，销孔位置不应该对称布置。(7)调整垫片调整垫片由多片很薄的软金属制成，用一调整轴承间隙。有的垫片还要起调整传动零件轴向位置的作用。(8)环首螺钉、吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出吊环或吊钩，用以搬运或拆卸机盖。(9)密封装置 在伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密封件，以防止漏油和污物进入机体内。密封件多为标准件，其密封效果相差很大，

32、应根据具体情况选用。箱体结构尺寸选择如下表：名称符号尺寸（mm）机座壁厚8机盖壁厚18机座凸缘厚度b12机盖凸缘厚度b 112机座底凸缘厚度b 220地脚螺钉直径df20地脚螺钉数目n4轴承旁联结螺栓直径d116机盖与机座联接螺栓直径d212联轴器螺栓d2的间距 l 160轴承端盖螺钉直径d310窥视孔盖螺钉直径d48定位销直径d8df，d1, d2至外机壁距离C126, 22, 18df， d2至凸缘边缘距离C224, 16轴承旁凸台半径R124, 16凸台高度h 根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准外机壁至轴承座端面距离l1 60，44大齿轮顶圆与内机壁距离112齿轮端面与内机壁距

33、离2 10机盖、机座肋厚m1 ,m27， 7轴承端盖外径D290， 105轴承端盖凸缘厚度t 10轴承旁联接螺栓距离S尽量靠近，以Md1和Md2互不干涉为准，一般s=D2八键联接设计1输入轴与联轴器联接采用平键联接此段轴径d1=25mm,L1=44mm查手册得，选用C型平键，得：A键 8×7 GB1096-79 L=L1-b=44-7=37mmT=74.7N·m h=7mm根据机械零件P243（10-5）式得p=4 ·T/(d·h·L)=4×74.7×1000/（25×7×37） =432.3Mpa &l

34、t; R (110Mpa)2、输出轴与齿轮2联接用平键联接轴径d3=60mm L3=100mm T=277Nm查手册P51 选用A型平键键18×11 GB1096-79l=L3-b=100-11=89mm h=11mmp=4·T/（d·h·l）=4×277×1000/（60×11×89）=20.55Mpa < p (110Mpa)九滚动轴承设计根据条件，轴承预计寿命Lh10×300×8=24000小时1.输入轴的轴承设计计算（1）初步计算当量动载荷P 因该轴承在此工作条件下只受到Fr径向力作用，所以P=Fr=469.5N（2）求轴承应有的径向基本额定载荷值 （3）选择轴承型号查机械零件表